Charakterystyczne cyjanobakterie, morfologia, systematyka, toksyczność

The cyjanobakterie, wcześniej znane jako błękitne zielone algi, to rodzaj bakterii tworzonych przez jedyne prokarioty zdolne do wykorzystania światła słonecznego jako energii i wody jako źródła elektronów w fotosyntezie (fotosynteza tlenowa).

Ponieważ górne rośliny zawierają pigmenty, które umożliwiają im przeprowadzenie natlenowanej fotosyntezy. Ten typ obejmuje około 2000 gatunków w 150 rodzajach, o szerokim zakresie kształtów i rozmiarów.

Cyjanobakterie to bardzo stare organizmy. Stwierdzono, że mikroskamieniałości są bardzo podobne do współczesnych cyjanobakterii w osadach sprzed 2,1 miliarda lat. Cząsteczki biomarkerów charakterystyczne dla cyjanobakterii znaleziono również w osadach morskich o długości 2700 i 2500 milionów lat.

Ze względu na zdolność cyjanobakterii do wytwarzania i uwalniania tlenu jako produktu ubocznego fotosyntezy, uważa się, że ich pojawienie się na Ziemi umożliwiło modyfikację atmosfery, powodując duże zdarzenie utleniania.

Wzrost zawartości tlenu mógł spowodować spadek stężenia metanu atmosferycznego około 2400 do 2100 milionów lat temu, powodując wyginięcie wielu gatunków bakterii beztlenowych.

Niektóre szczepy gatunków sinic mogą wytwarzać silne toksyny w środowisku wodnym. Toksyny te są metabolitami wtórnymi uwalnianymi do środowiska, gdy warunki środowiskowe są ekstremalne, w środowiskach eutroficznych, z wysokimi stężeniami składników mineralnych, takich jak fosfor i szczególne warunki pH i temperatury.

Indeks

• 1 Ogólna charakterystyka
• 2 Morfologia
• 3 Systematyczne
• 4 Toksyczność
• 5 referencji

Funkcje ogólne

Cyjanobakterie są bakteriami Gram-ujemnymi, które mogą być jednokomórkowe lub tworzyć kolonie o kształcie włókien, arkuszy lub pustych kulek.

W ramach tej różnorodności można zaobserwować różne typy komórek:

• Komórki wegetatywne to te, które powstają w sprzyjających warunkach środowiskowych, w których zachodzi fotosynteza.
• Akinetes, endospory wytwarzane w trudnych warunkach środowiskowych.
• Heterocyty, komórki o grubych ścianach, zawierające enzym nitrogenazy, który bierze udział w wiązaniu azotu w środowiskach beztlenowych.

Cyjanobakterie to najprostsze organizmy, które przedstawiają cykle okołodobowe, oscylacje zmiennych biologicznych w regularnych odstępach czasu związane z okresowymi zmianami środowiska w ciągu dnia. Zegar dobowy cyjanobakterii działa na podstawie cyklu fosforylacji KaiC.

Cyjanobakterie są rozmieszczone w ogromnej różnorodności środowisk lądowych i wodnych: nagie skały, skały tymczasowo zwilżone na pustyniach, słodka woda, oceany, wilgotna gleba, a nawet w skałach Antarktyki..

Mogą być częścią planktonu w zbiornikach wodnych, tworzyć fototroficzne biofilmy na odsłoniętych powierzchniach lub ustanawiać symbiotyczną relację z roślinami lub grzybami tworzącymi porosty.

Niektóre cyjanobakterie odgrywają ważną rolę w ekosystemach. Microcoleus vaginatus i M. vaginatus stabilizuje glebę za pomocą osłonki polisacharydowej, która przyczepia się do cząstek piasku i absorbuje wodę.

Bakterie z rodzaju Prochlorococcus produkują ponad połowę fotosyntezy otwartego oceanu, co stanowi ważny wkład w globalny cykl tlenowy.

Kilka gatunków sinic, takich jak Aphanizomenon flos-aquae i Arthrospira platensis (Spirulina) są zbierane lub uprawiane jako źródła pożywienia, pasze dla zwierząt, nawozy i produkty zdrowotne.

Morfologia

Komórki cyjanobakterii mają wysoce zróżnicowaną ścianę komórkową, typ gram-ujemny z błoną komórkową i błoną zewnętrzną oddzieloną przestrzenią peryplazmatyczną.

Ponadto mają wewnętrzny system błon tylakoidów, w którym znajdują się łańcuchy przenoszenia elektronów, które interweniują w fotosyntezie i oddychaniu. Te różne systemy membranowe nadają tym bakteriom wyjątkową złożoność.

Nie mają wici. Niektóre gatunki mają ruchome włókna zwane hormonami, które pozwalają im ślizgać się po powierzchniach.

Wielokomórkowe formy nitkowate, takie jak płeć Oscylatoria, są w stanie generować pofalowany ruch poprzez oscylację włókna.

Inne gatunki zamieszkujące kolumny wody tworzą pęcherzyki gazu, utworzone przez strąki białek, które nadają im pływalność.

Hormogonie składają się z cienkich komórek z ostrymi komórkami na końcach. Komórki te są uwalniane i mobilizowane, kiełkując w miejscach odległych od głównej kolonii, gdzie zaczynają się nowe kolonie.

Systematyka

Klasyfikacja cyjanobakterii na najwyższych poziomach taksonomicznych była mocno dyskutowana. Bakterie te zostały początkowo sklasyfikowane jako sinice (Cyanophyta), zgodnie z kodami botanicznymi. Te wstępne badania opierały się na cechach morfologicznych i fizjologicznych.

Później, w latach 60. XX wieku, kiedy ustalono cechy prokariotyczne tych mikroorganizmów, sinice zostały przeklasyfikowane pod kodem bakteriologicznym.

W 1979 r. Zaproponowano 5 sekcji odpowiadających 5 rzędom: sekcja I = Chrookoki, sekcja II = Pleurocapsales, sekcja III = Oscylatory, sekcja IV = Nostocales i sekcja V = Stygonematy.

System taksonomiczny sinic zmienił się radykalnie wraz z wprowadzeniem mikroskopii elektronowej oraz metod molekularnych i genetycznych.

Taksonomia cyjanobakterii została poddana niemal ciągłej weryfikacji w ciągu ostatnich 50 lat, w których wygenerowano radykalnie różne propozycje. Debata na temat klasyfikacji cyjanobakterii nadal trwa.

Ostatnie propozycje drzewa filogenetycznego dla tego typu proponują użycie rzędów: Gloeobacterales, Synechococales, Oscillatoriales, Chroococcales, Pleurocapsales, Spirulinales, Rubidibacter / Halothece, Chroococcidiopsidales i Nostocales. Porządki te składają się z rodzajów monofilicznych, złożonych z wielu gatunków.

Toksyczność

Szacuje się, że istnieje 150 rodzajów cyjanobakterii, które zawierają około 2000 gatunków, z których około 46 ma pewien szczep wytwarzający toksynę.

W ekosystemach wodnych obfitość sinic może osiągnąć bardzo wysoki poziom, gdy warunki środowiskowe są odpowiednie dla ich wzrostu, co sprzyja akumulacji metabolitów wtórnych w cytoplazmie.

Gdy warunki środowiskowe stają się niekorzystne, wraz ze wzrostem stężenia składników mineralnych, takich jak fosfor, cyjanobakterie giną, powodując lizę komórek i uwalnianie toksyn do środowiska.

Zidentyfikowano dwa główne rodzaje toksyn: hepatotoksyny i neurotoksyny. Neurotoksyny są produkowane głównie przez gatunki i szczepy rodzajów: Anabaena, Aphanizomenon, Oscylatoria, Trichodesmium i Cylindrospermopsis.

Neurotoksyny działają szybko, powodując śmierć przez zatrzymanie oddechu kilka minut po spożyciu wysokich stężeń toksyn. Saksytoksyna jest paralityczną neurotoksyną zawartą w załączniku 1 do Konwencji o broni chemicznej.

Hepatotoksyny są wytwarzane przez gatunki Microcystis, Anabaena, Nodularia, Oscylatoria, Nostoc i Cylindrospermopsis. Powodują najczęstszy rodzaj zatrucia związanego z sinicami. Działają wolniej i mogą wywołać śmierć kilka godzin lub dni po zatruciu.

Referencje

1. Dmitry A. The. (2017). Cyjanobakterie: omiki i manipulacja | Książka. Caister Academic Press. Moskwa, Rosja. 256 str.
2. Komárek, J., Kaštovský, J., Mareš, J. and & JOhansen, J.R. (2014). Klasyfikacja taksonomiczna cyjanoprokarionów (rodzaje sinic) 2014, z zastosowaniem podejścia wielofazowego. Preslia 86: 295-335.
3. Gupta, R.C. Handbook of Toxicology of Chemical Warfare Agents (2009). Academic Press. Pp 1168.
4. Howard-Azzeh, M., L. Shamseer, H. E. Schellhorn i R. S. Gupta. (2014). Analiza filogenetyczna i sygnatury molekularne definiujące monofilowy klad heterocystycznych cyjanobakterii i identyfikujące ich najbliższych krewnych. Badania fotosyntezy, 122 (2): 171-185.
5. Roset J, Aguayo S, Muñoz MJ. (2001). Wykrywanie sinic i ich toksyn. Journal of Toxicology, 18: 65-71.
6. Twórcy Wikipedii. (2018, 2 października). Cyjanobakterie W Wikipedia, wolna encyklopedia. Źródło: 10:40, 12 października 2018, z en.wikipedia.org